【原创】关于MLCC,这才是最关键的一环!


来源:中国粉体网   山川

[导读]  越先进的产品对原料的要求往往也越严格,对当今非常火热的MLCC来说尤其如此。

中国粉体网讯  


稻盛和夫曾说一句话:“先进材料将会对现有工业技术带来未来的突破。”

 

而越先进的产品对原料的要求往往也越严格,这对当今非常火热的MLCC来说尤其如此。


何为MLCC


MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。


图片来源:Pixabay


MLCC是世界上用量最大、发展最快的片式元件之一,在陶瓷电容器中产值占比超过90%。其具有容量范围宽、频率特性好、工作电压和工作温度范围宽、超小体积、无极性等优良特性,且应用领域极其宽泛。因此,MLCC又被称为“电子工业大米”


MLCC产业链最关键一环


从全球竞争格局来看,MLCC厂商分为三大梯队,第一梯队为日韩厂商,第二梯队为美国和中国台湾厂商,第三梯队才是中国大陆厂商。其中日系厂商占有非常明显的领先优势。在全球前十大MLCC厂商中,日系厂商全球市场销量占有率达56%。此外,各大厂商均具都有一般性的MLCC产能,但高阶MLCC产能因为技术要求更高,目前集中在日厂手中。


(图片来源:三环集团)


日本MLCC产业为何如此强劲?


首先我们要了解MLCC产业链情况,MLCC产业链主要包含上游材料供应商、中游MLCC器件厂及下游包括消费电子、工业、通信等领域在内的众多终端厂商。

 

上游主要是核心材料的生产,包括陶瓷粉体材料、内部电极材料(主要是镍浆)以及外部电极材料(主要是铜浆)三部分。从全球MLCC陶瓷粉末市场格局来看,日本厂商能占到60%以上的份额。在电极浆料方面,也是日本厂家率先采用贱金属镍电极,使MLCC电极材料的成本下降许多。

 


2019年全球MLCC陶瓷粉末市场格局,来源:智研咨询

 

日本在核心原材料技术及产能规模上拥有的绝对优势,使得他们牢牢控制了全球MLCC市场。可以说,陶瓷粉体及电极浆料等原材料制备俨然已成为MLCC产业链最重要一环


陶瓷粉体


目前,MLCC陶瓷粉体的主要原料是钛酸钡、氧化钛、钛酸镁等。从MLCC成本结构角度,陶瓷粉在整个MLCC中成本占比较大,尤其是高容MLCC的生产,高容MLCC对于瓷粉的纯度、粒径、粒度分布和形貌有严格要求。




其中,钛酸钡是构成MLCC陶瓷粉体的核心材料。钛酸钡由于具有很高的介电常数、优异的铁电和压电性能、且还具备耐压及绝缘性能,被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。当前,钛酸钡的制备方法主要可分为液相法和固相法两大类。

 



液相法制备的钛酸钡粒径分布窄,分散性好,但反应过程中,对设备、温度、压力要求严格,且液相法制备的钛酸钡晶体表面缺陷较多,对MLCC的烧结及介电性能有较大影响。


传统固相法,工艺简单,对设备要求不高,成本低,但产物粒径粗大,团聚现象严重。尽管传统的固相合成法有很多缺点,但由于固相合成的钛酸钡表面缺陷少,且为100%四方相,因此日本等先进钛酸钡制造厂家均采用固相合成生产钛酸钡。


内外电极原料


随着MLCC向高容量、小尺寸、高可靠性的方向发展,生产成本也不断增加,于是开发贱金属电极。以Ni为内电极,Cu为端电极,逐渐替代贵金属电极,成为MLCC的发展趋势。到目前为止,BME-MLCC(贱金属内电极多层陶瓷电容器)已经占到全部MLCC的90%以上。MLCC内电极用金属粉体粒径一般在纳米及亚微米的范围内,外电极用金属粉体粒径在10微米以下。


镍粉


MLCC用镍粉要求镍粉球形度好、振实密度高、电导率高、电迁移率小、对焊料的耐蚀性和耐热性好、烧结温度较高、与陶瓷介质材料的高温共烧性好等诸多细节指标。作为MLCC内电极的超细镍粉具有以下几个主要特点


(1)镍内电极成本低,仅为常规的Pd30-Ag70电极的5%左右,经济效益可观;


(2)镍原子或原子团的电迁移速度较Ag或Ag/Pd小,因而具有良好的电化学稳定性,可以提高MLCC的可靠性;


(3)对于Ni-MLCC,其外电极也是Ni金属,与内电极可同时烧成,同一种金属在联接时没有空隙,电极联接的可靠性较高;


(4)机械强度高,Ni作电极时其抗折强度比Ag/Pd电极大;


(5)镍电极对焊料的耐腐蚀性和耐热性好,工艺稳定性好;


(6)镍电极电阻率小,电导率优于Ag/Pd系电极,可以降低MLCC的等效串联电阻,提高阻抗频率。


目前MLCC用镍粉厂商主要集中在日本,国内博迁新材独立研发PVD技术量产超细镍粉填补了该领域国内空白。


铜电极浆料


MLCC铜端电极由铜电极浆料经高温烧结制备而成,铜电极浆料主要由铜粉、玻璃粉和有机载体混合组成,其成分及配比决定着烧结后端电极的性能。其中,铜粉作为铜端电极的主要成分,经高温烧结后形成金属网络结构,实现导电功能;玻璃粉的主要作用是将MLCC端电极与瓷体进行可靠连接,同时高温熔化润湿铜粉,促进铜颗粒之间形成网络结构,为端电极良好的导电性能提供保障;而有机载体用来调节铜电极浆料的粘度,改善其流变特性和剪切特性,保证铜粉和玻璃粉在浆料中均匀分布。这三者共同调节,获得具有良好的流变性能和导电性能的铜电极浆料。


目前由于受材料、设备及工艺技术水平等因素的限制,国内MLCC的研发进展十分缓慢。有必要开展对贱金属MLCC的深入研究,攻克其内电极材料制备的研究难点,推动技术的国产化,赶超国际先进水平。


总结


根据开源证券的测算,2021年中国/全球陶瓷粉体市场规模分别为110亿元/38.22亿美元,预计2023年市场规模分别进一步扩大至121.37亿元/41.38亿美元。全球MLCC陶瓷粉料生产商主要集中在日本,国瓷材料是继日本堺化学之后国内首家、全球第二家成功运用水热法批量生产纳米钛酸钡粉体的厂家。此外,随着5G技术和新能源汽车技术的快速发展,高容MLCC未来将得到大规模应用,需求旺盛,MLCC电极浆料及金属粉体企业的附加值也将得到进一步提升。


参考来源:

[1]靳学昌等.玻璃粉体系对MLCC用铜电极浆料性能的影响

[2]中国粉体网、概念爱好者


推荐2

作者:山川

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